60kta尿素生产水溶液全循环法工艺初步设计

60kt/a尿素生产水溶液全循环法工艺初步设计毕业设计

目录

第一章绪论 (1)

1.1尿素产品的用途 (1)

1.2尿素的性质 (1)

1.3尿素生产的原料和工艺原理［1］ (2)

1.4设计流程 (2)

1.4.1工艺流程简图 (2)

1.4.2全溶液水循环法生产尿素流程叙述 (3)

1.5计算依据［3］ (4)

1.5.1尿素合成塔 (4)

1.5.2一段分解分离器 (4)

1.5.3二段分解塔 (4)

1.5.4成品尿素含量 (4)

第二章物料衡算 (5)

2.1物料流程简图 (5)

2.2合成塔 (5)

2.2.1已知数据及反应框图 (5)

2.2.2物料计算 (6)

2.2.3合成塔物料平衡数据表 (7)

2.3一段分解分离器 (7)

2.3.1反应框图与已知数据 (7)

2.3.2物料计算 (8)

2.3.3一段分离器物料平衡数据表 (8)

2.4二段分解塔 (9)

2.4.1反应框图与已知数据 (9)

2.4.2物料计算 (10)

2.4.3二段分解塔物料平衡数据表 (11)

第三章热量衡算 (12)

3.1合成塔 (12)

3.1.2尿素合成塔热平衡计算项目 (12)

3.1.3合成塔热量计算 (12)

3.1.4合成塔热量平衡数据表 (15)

3.2一段分解分离器 (15)

3.2.1计算依据［6］ (15)

3.2.2一段分解分离器热量计算 (15)

3.2.3一段分解分离器热量平衡数据表 (17)

3.3二段分解塔 (17)

3.3.1计算依据 (17)

3.3.2二段分解塔热量计算 (17)

3.3.3二段分解塔热量平衡数据表 (18)

第四章设备设计及选型 (20)

4.1合成塔特性 (20)

4.1.1合成塔设计条件［8］ (20)

4.1.2合成塔的有效容积 (20)

4.2一段分解加热器 (20)

4.2.1一段分解加热器设计条件 (20)

4.2.2一段分解加热器传热面积S1 (21)

4.3一段分解分离器的作用 (21)

4.3.1设计条件 (21)

4.3.2计算过程 (21)

4.4二段分解加热器的作用 (23)

4.4.1设计条件 (23)

4.4.2二段分解加热器传热面积S2 (23)

4.5二段分解塔的作用 (23)

4.5.1全塔的理论板数及其他参数 (24)

4.5.2计算浮阀塔塔高和塔径 (26)

4.5.3溢流装置 (28)

4.5.4塔板流体力学的验算 (30)

4.5.5塔板负荷性能图 (33)

4.6辅助设备及附属设备的选择 (38)

4.6.1裙座 (38)

4.6.2人孔 (38)

4.6.4基础环 (38)

4.6.5引出通道管 (38)

4.6.6接管 (38)

4.6.7附接管和法兰的结构简图 (41)

第五章 设备一览表 ..................................................... 43 设 计 综 述 ............................................................. 44 参 考 文 献 ............................................................. 45 附图纸 .................................................................... 46 致谢 . (47)

第一章 绪 论

1.1尿素产品的用途

尿素是一种重要的化工产品,主要用于化学肥料的生产,它在农业和工业上有着广泛的用途。

工业上,主要用途是生产合成高聚物、塑料、漆料，以及粘合剂。另外，尿素在医药、化纤、炸药、制革等生产中也有应用。目前，尿素工业的发展状况己成为衡量一个国家工业化水平高低的一个重要标志。

农业上, 因为尿素含氮量高达46.65%(质量) ，超过任何其它固体氮肥，是一种高效氮肥。尿素属于中性速效肥料，不含酸根，施于土壤中以后不会残留使土壤恶化的酸根，长期使用不会引起土质变硬、板结，而且分解出来的二氧化碳也可为植物吸收。尿素的施用及贮藏性能好，不分解，不吸潮，不结块，流动性好，无爆炸性。还可以与其它化肥进行物理混配或均质造粒，以配成多营养成分的混料和复料以满足不同土质、不同作物的需要。

世界尿素主要消费地区包括西欧、北美、中东、南亚、东南亚、东亚及其他地区。2010年,全球尿素需求量约1.564亿吨,比2009年增长1.07％。未来尿素需求量的增加主要来自肥料用尿素需求的增加,包括尿素用于粮食增产以及进一步代替其他肥料的应用。尿素作为最重要的氮素化学肥料,在整个世界市场中的供不应求,更为其今后的发展提供了广阔的空间。

尿素的生产工艺比较成熟,主要的生产方法有:不循环法,部分循环法,水溶液全循环法,气提法等。现代的尿素生产均多采用全循环法,即每次通过反应器(在尿素工业中称为合成塔)后再通过吸收工段将未转化为尿素的3NH 和2CO 回收并送回合成塔。为此,合成塔排出液(含有尿素,氨和二氧化碳的水溶液)要先进

行组分分离,使成为多少较纯净的尿素水溶液和未反应的3NH 、2CO 和O H 2的混合物。前者通过蒸发,浓缩,结晶或造粒而制成颗粒状尿素产品。

其中水溶液全循环法是指合成反应未转化成尿素的氨和二氧化碳,经几次减压和加热分解,从尿素溶液中分离出来,然后又全部返回高压合成塔,从而提高原料氨和二氧化碳的利用率的方法［1］。

1.2尿素的性质

尿素,又称脲,分子式24ON CH ,相对分子质量06.60,结构式22)(NH CO 或22NH CO NH --，别名：碳酰二胺。纯净的尿素是无色、无味的针状或棱柱状结晶，密度（20℃-40℃)为1.335g/cm 3,熔点132.7℃，含氮46.65%。工业尿素是白色或者淡黄色斜方棱柱针状结晶［2］。

尿素易溶于水，20℃时饱和水溶液含CO(NH2)2 51.83%,120℃含95%。在碱性、酸性或中性溶液中，60℃以下时，尿素不发生水解作用，随着温度的升高水解速度加快，在大气压下加热高于80℃，尿素溶液水解作用转化为氨基甲酸胺。氨基甲酸铵溶于水时部分水解而生成碳酸铵，接着转化为碳酸氢铵，后者则分解为氨和二氧化碳。

尿素易溶于酒精及液氨中，与氨生成络合物CO(NH 2)2·NH 3，尿素不溶于乙醚、氯仿。

尿素呈微碱性，可以与酸作用生成盐，但不能使一般指示剂变色，与各种酸反应生成盐，但不能使一般指示剂变色，与各种酸反应生成盐类化合物。

1.3尿素生产的原料和工艺原理［1］

由氨和二氧化碳气体直接合成尿素的反应过程可分为二步进行：

① 液氨与气体二氧化碳作用生成液体氨基甲酸铵:

)(g g 222423l NH CO NH CO NH =+）

（）（ ② 氨基甲酸铵脱水生成尿素:

）（）

（）（l l )(l 22224O H NH CO COONH NH += 总的反应式为:）（）

（）（）（l l )(g g 222223O H NH CO CO NH +=+ 第一步是放热反应,反应速度极快，而且反应相当完全，反应为强放热的反应。;第二步是弱吸热的化学反应,反应速度缓慢,且达到化学平衡时也不能使氨基甲酸铵全部脱水转化为尿素（平衡转化率不高，一般不超过50%-75%）,它是合成尿素过程中的控制因素。氨基甲酸铵结晶不能直接脱水变成尿素，所以此反应必须在液相中进行,即尿素生成是液相反应,所以原料氨必须以液态供给,2CO